Эдмунд Цихош - Сверхзвуковые самолеты
Катапультируемое сиденье
Катапультируемое сиденье по сравнению с обычным, неподвижно закрепленным в самолете снабжено направляющими и приводом, позволяющим выбрасывать сидящего человека (вместе с сиденьем) на определенную высоту над траекторией полета самолета. В первых устройствах такого рода движение вдоль направляющих происходило под действием сжатых газов, подаваемых в цилиндр (скрепленный с самолетом), которые, действуя на поршень (скрепленный с сиденьем), придавали сиденью и летчику определенную скорость относительно самолета.
После катапультирования сиденье с летчиком движется по траектории, форма которой зависит от скорости полета самолета в момент катапультирования, скорости катапультирования сиденья, а также катапультируемой массы (сиденье с летчиком) и ее аэродинамических характеристик. Параметры конструкции кресла и его привода должны обеспечивать после катапультирования скорость движения, достаточную для того, чтобы миновать заднюю часть самолета на безопасном расстоянии. Высота катапультирования уменьшается с увеличением скорости полета и возрастает с увеличением начальной скорости катапультирования. Скорость катапультирования зависит от величины хода поршня в цилиндре, характеристик катапульты и допустимого значения перегрузки, действующей на человека.
Ограниченные габариты кабины экипажа и, следовательно, небольшой допустимый ход поршня повлияли на то, что первые катапульты снабжались приводом (обычно это был пороховой заряд, реже баллон сжатого воздуха), который на коротком промежутке пути сообщал человеку перегрузку 18-20, т.е. максимально допустимую с физиологической точки зрения. С помощью сидений такого типа можно было безопасно покидать самолет, летящий со скоростью, не превышающей 900-1100 км/ч. Авария на самолете, летящем с большей скоростью, требовала от экипажа уменьшения ее до такой, при которой можно безопасно покидать кабину. Случаи, в которых это было невозможно из-за повреждения самолета, могли закончиться трагически.
В 1955 г. произошли две аварии, которые снова обратили внимание на проблему покидания самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью. В обоих случаях катапультирование произошло во время крутого пикирующего полета с возрастающей скоростью, причиной которого явилась потеря управляемости, вызванная аэродинамической блокировкой руля высоты. В первом из них пилот X. Молланд катапультировался на высоте около 7,5 км из околозвукового самолета «Хантер» фирмы «Хоукер», летевшего со скоростью 1140-1230 км/ч (что соответствует М = 1,0-1,1). Было установлено, что пилот правой рукой нажал рычаг сброса фонаря, левой же схватился за лицевой щиток, приводя в движение механизм катапультирования. После открытия фонаря пилоту не удалось правой рукой схватиться за лицевой щиток, и потоком воздуха щиток был сдвинут назад. От удара о спинку кресла щиток сломался. Уже после покидания кабины воздушный поток сорвал с пилота перчатки, шлемофон и кислородную маску, а первый удар потока в лицо вызвал появление синяков под глазами.
Второй случай катапультирования при полете со сверхзвуковой скоростью произошел в значительно более трудных условиях на самолете F-100A, который пилотировал профессиональный летчик-испытатель Г. Смит. Во время разгона до максимальной скорости на высоте 11 300 м с включенной форсажной камерой самолет вошел в пикирование, из которого пилот не мог его вывести. В момент аварии самолет находился в крутом пикировании со скоростью полета 1300 км/ч ц скоростью падения 350 м/с.
Рис. 1.65. Несколько этапов катапультирования из самолета F-8A с помощью сиденья, имеющего телескопический выталкивающий механизм. На фотоснимке вверху справа видна штанга механизма, выступающая из кабины.
Смит отдавал себе отчет в том, что катапультирование на такой скорости небезопасно, однако он решил воспользоваться этой последней возможностью спасения. Закрыв щиток своего шлема, он уменьшил обороты двигателя и выпустил тормозные щитки. Растерявшись, Смит не поставил ноги на подножку кресла и не занял позиции, соответствующей катапультированию; открыв фонарь, он мгновенно был оглушен шумом воздушного потока. Не владея собой, левой рукой Смит продолжал держать ручку газа, а правой также безотчетно нажал рычаг катапультирования (это происходило на высоте около 2000 м). В следующее мгновение он потерял' сознание и пришел в себя только через несколько дней. Позднее было установлено, что в момент катапультирования скорость полета составляла около 1250 км/ч; таким образом, на пилота, покинувшего кабину, действовала тормозящая сила сопротивления воздуха, создавая отрицательную перегрузку около 40 и динамическое давление порядка 600 кПа. Воздушный поток сорвал с пилота ботинки, носки, шлем, кислородную маску и перчатки, а также кольцо и наручные часы, разорвал нос, губы и веки. Все тело имело сильные ушибы, а внутренние органы, особенно сердце и печень, повреждены. Желудок и легкие до такой степени были наполнены воздухом, что находившийся без сознания Смит плавал по поверхности моря до тех пор, пока его не выловил экипаж моторной лодки, оказавшийся случайным свидетелем всего происшествия.
Вследствие проведенных исследований конструкция катапультируемого кресла претерпела существенные изменения, благодаря которым сначала была повышена безопасность покидания самолета, летящего с большой скоростью, а затем-безопасность при взлете и посадке. К наиболее важным конструктивным усовершенствованиям относятся:
– совмещение в одном рычаге откидывания фонаря и катапультирования с одновременным автоматическим фиксированием ног и рук в необходимом положении. В креслах первоначальной конструкции катапультирование наступало после натягивания на лицо обеими руками матерчатого предохранителя, а после введения шлемов со щитками из органического стекла-нажатием рычага, расположенного в подлокотнике кресла или между бедрами. В новых катапультируемых креслах пилот выполняет только одно действие-подает команду исполнительному механизму, который притягивает ноги к креслу и фиксирует их, прижимает локти к туловищу, выбирает зазоры в ремнях, удерживающих пилота в кресле, фиксирует голову и сбрасывает фонарь (или открывает аварийный люк), а через 1-2 с приводит в действие катапульту;
Рис. 1.66. Катапультирование с помощью кресла с ракетным двигателем «Эскапак» II фирмы «Дуглас».
– применение автоматического выпуска стабилизирующего парашюта, отделения пилота от кресла (расстегивание ремней и отбрасывание кресла), раскрытие спасательного парашюта и регулирование запаздывания исполнительных механизмов, которые обеспечивают как можно более быстрое прохождение больших высот (без превышения предельного перепада давления, безопасного для организма) и как можно более быстрое наполнение купола парашюта во время падения с малых высот; этими действиями управляет таймерно-анероидный автомат, а быстрое наполнение парашюта на малой высоте осуществляется системой небольших пирозарядов, выбрасывающих парашют из оболочки и раскрывающих его купол;
– применение телескопических и многозарядных выталкивающих механизмов, удлиняющих время действия ускорения и соответствующий путь катапультируемого кресла, благодаря чему начальная скорость кресла ограничивается величиной 20-24 м/с, а высота его подъема увеличивается до 25-28 м при перегрузке 18-20 (рис. 1.65).
Выталкивающий механизм такого типа позволяет покинуть самолет, летящий с большой скоростью на малой высоте, однако его невозможно использовать во время аварии на взлете или посадке. Эта проблема была решена с помощью дополнительного ракетного двигателя, который удлиняет активный участок траектории полета катапультируемого кресла при перегрузках, допустимых для организма человека. Катапультирование в таком кресле можно разделить на два этапа. На первом происходит обычный процесс катапультирования, а на втором включается ракетный двигатель тягой 20-30 кН, который, действуя уже вне кабины самолета, за несколько десятых долей секунды поднимает кресло на высоту 60-120 м. Такое кресло с ракетным двигателем позволяет покинуть самолет, находящийся на взлетной полосе, и поэтому относится к классу 0-0 (скорость и высота равны нулю).
Кроме средств, позволяющих вынужденно покидать самолет, летящий со сверхзвуковой скоростью, большое внимание уделяется проблеме защиты пилота от действия динамического давления. Из многих рассмотренных решений практическое применение нашел упомянутый выше метод натягивания на лицо полотняной предохранительной маски. Высотные скафандры и специальные шлемы для экипажей самолетов, эксплуатируемых на больших высотах, на сегодняшний день решают проблему защиты тела и лица человека при катапультировании. Не нашли широкого применения другие способы защиты от воздействия потока, которые, в частности, использовали:
